Пористий гідрогель перемістив м'які тканини без пошкодження

Вчені з США, Південної Кореї і Японії розробили захоплення для невеликих крихких і неміцних об'єктів - наприклад, фрагментів живих тканин. Він складається з перпендикулярних каналів, які можуть розширюватися і звужуватися під дією тепла і тим самим збільшувати або зменшувати рівень адгезії. Стаття опублікована в журналі.

В останні роки вчені і медики домоглися великих успіхів у створенні штучних конструктів тканин, у тому числі тонких плівок товщиною в кілька клітин. Також просунулися вперед і розробки сітчастими електродами для реєстрації активності нейронів або навпаки їх стимуляції. В обох випадках при імплантації тканини або електродів лікарям доводиться мати справу з об'єктами, що вимагають дуже акуратного поводження.

Вчені під керівництвом Кон Хен Джуна (Hyunjoon Kong) з Іллінойського університету в Урбані-Шампейні та Університету Йонсе створили плоске захоплення, здатне прикріплюватися до тонких зразків. Основна частина захоплення (яка контактує з предметами) - це кругла плівка з безліччю мікроканалів. Дослідники створили її за допомогою виморожування PNIPAAm-гідрогелю. Вони помістили водний розчин з прекурсорами на посудину з рідким азотом. Через це водна частина розчину стала застигати і утворювати окремі кристали, а інші компоненти через зменшену розчинність стали концентруватися на краях кристалів. Також важлива деталь процесу полягає в тому, що, оскільки охолодження азотом велося тільки з одного боку, в розчині виникав градієнт температури і кристали льоду росли з дна до верхньої частини судини. У результаті в ньому утворилися стовпчаті кристали льоду з невеликими (близько 200 нанометрів) стінками з полімерного прекурсора між ними, який потім полімеризували за допомогою ультрафіолетового випромінювання. Після видалення льоду залишилася пластина з гідрогелю з вертикальними каналами із середнім діаметром близько 20 мікрометрів.

Ця пластина здатна утримувати предмети завдяки комбінації її будови і властивості матеріалу. Справа в тому, що гідрогель, з якого складається пластина, при нагріванні вище 32 градусів Цельсія переходить в дегідрований стан і значно зменшується в розмірах. При нагріванні пластини її канали зменшуються і в них утворюється негативний (відносний) тиск, який притискає прислонений предмет. Для зручності нагрівання дослідники наклеїли на верхню частину пластини масив мідних електродів, який при подачі струму швидко і рівномірно збільшує температуру і тим самим активує захоплення. Щоб захопити предмет, пластину необхідно нагріти, притулити, потім припинити нагрів, щоб вона охолодилася і мікроканали зменшилися, перенести в потрібне місце і знову розширити канали нагрівом.

Після складання захоплення автори показали його потенційне застосування в медицині. В одній з демонстрацій вони успішно перемістили плівку з міобластів на м'язову тканину, в іншій зуміли доставити плівку зі стовбурових клітин на рогівку живого кролика і потім підтвердили гістологічним дослідженням, що стовбурові клітини прикріпилися до верхнього шару рогівки. Також вони змогли без пошкоджень перемістити на поверхню свинячого серця масив електродів товщиною в мікрометр. Після цього вони за допомогою додаткових електродів стимулювали мищці серця і зчитували активність масивом електродів, нанесених за допомогою нового захоплення. Зчитувані свідчення за формою були майже ідентичні тим, які подавалися на стимулюючі електроди.

Нещодавно вчені представили метод, який в перспективі може дозволити позбутися необхідності в переміщенні фрагментів тканин. Вони навчилися вводити в потрібне місце організму розчин з клітинами, який потім можна затвердити за допомогою опромінення.